सिवर कोल्ड क्षेत्रों में टैंक सर्किट ब्रेकर की स्थापना के दौरान गैस लिक्वीफिकेशन की समस्या पर चर्चा

सल्फर हेक्साफ्लोराइड (SF₆) सर्किट ब्रेकर और गैस द्रवीकरण की चुनौतियों का तकनीकी विश्लेषण

SF₆ सर्किट ब्रेकर, जो सल्फर हेक्साफ्लोराइड गैस का उपयोग करते हैं - जिसे अपनी उत्कृष्ट आर्क-क्वेंचिंग और अवरोधी गुणों के लिए जाना जाता है - आर्क-मिट्टी माध्यम के रूप में, विद्युत प्रणालियों में व्यापक रूप से लागू होते हैं। ये ब्रेकर अक्सर ऑपरेशन और उच्च-गति के अवरोध की आवश्यकता वाले परिदृश्यों के लिए उपयुक्त हैं। चीन में, SF₆ सर्किट ब्रेकर मूल रूप से 110kV और ऊपर के वोल्टेज स्तरों के लिए उपयोग किए जाते हैं। हालांकि, SF₆ गैस के भौतिक गुणों के कारण, यह कुछ तापमान और दबाव की स्थितियों में द्रवीकृत हो सकता है, जिससे SF₆ गैस का घनत्व सर्किट ब्रेकर टैंक में घट जाता है। जब घनत्व एक निश्चित स्तर तक घट जाता है, तो सर्किट ब्रेकर सुरक्षा लॉकआउट ट्रिगर करता है। चीन के कुछ क्षेत्रों, जैसे इन्नर मंगोलिया, उत्तर-पूर्वी चीन, सिनजियांग और तिब्बत, जहाँ शीतकाल में वातावरण का तापमान -30°C या उससे कम तक पहुंच जाता है, यहाँ SF₆ गैस के द्रवीकरण के कारण लॉकआउट की घटना अक्सर होती है।

SF₆ गैस द्रवीकरण का संक्षिप्त विवरण

SF₆ गैस अत्यंत रासायनिक स्थिरता रखती है। यह सामान्य तापमान और दबाव पर रंगहीन, गंधहीन, स्वादहीन और अग्निशमन गैस होती है, जिसकी अवरोधी और आर्क-क्वेंचिंग गुणधर्म उत्कृष्ट होते हैं।

एक गैस का महत्वपूर्ण तापमान, जिस पर गैस द्रवीकृत हो सकती है, उस तापमान को कहते हैं। जब तापमान इस मूल्य से अधिक होता है, तो चाहे कितना दबाव डाला जाए, गैस द्रवीकृत नहीं हो सकती।

"स्थायी गैसों" जैसे ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, हाइड्रोजन और हीलियम के लिए, उनके महत्वपूर्ण तापमान -100°C से नीचे होते हैं, इसलिए वातावरण के तापमान पर गैस द्रवीकरण की आवश्यकता नहीं होती। SF₆ गैस अलग है; इसका महत्वपूर्ण तापमान 45.6°C है। यह केवल 45.6°C से अधिक तापमान पर निरंतर गैसीय अवस्था में रह सकती है। वातावरण के तापमान पर, जब बाहरी दबाव एक निश्चित मूल्य तक पहुंचता है, तो यह द्रवीकृत हो सकती है। इसलिए, SF₆ गैस से भरे उपकरणों के लिए, गैस द्रवीकरण की समस्या पर विचार किया जाना चाहिए।

SF₆ गैस का अवस्था पैरामीटर वक्र चित्र 1 में दिखाया गया है। निरंतर गैस घनत्व ρ की स्थिति में, जैसे-जैसे तापमान घटता है, गैस दबाव भी घटता है। जब तापमान इस गैस घनत्व के लिए द्रवीकरण बिंदु A तक घटता है, तो गैस द्रवीकरण शुरू होती है, और गैस घनत्व घटने लगता है।

स्थानीय वास्तविक स्थिति

सिमेंग रूपांतरण स्टेशन चीन के इन्नर मंगोलिया स्वायत्त क्षेत्र, शिलिनहोट शहर, शिलिंगोल लीग, चाओके वुला सुमु में स्थित है। इसकी ऊंचाई 914 मीटर और अक्षांश 44.2° है, इसका गर्मी का समय लगभग सात महीने तक होता है और यह चीन के एक गंभीर ठंडे क्षेत्र में आता है। स्टेशन के एसी फिल्टर यार्ड में, 550 kV के रेटेड वोल्टेज वाले 20 सेट 3AP3 DT टैंक-टाइप सर्किट ब्रेकर लगे हैं, जो हंगझोऊ सिमेंस द्वारा निर्मित हैं। ये सर्किट ब्रेकर घनत्व रिले के साथ लगे हैं, जिनमें तापमान-संशोधन की क्षमता होती है, और उनके संकेत गैस घनत्व के परिवर्तन को दर्शाते हैं, दबाव के परिवर्तन को नहीं। सर्किट ब्रेकर के मुख्य पैरामीटर तालिका 1 में दिखाए गए हैं।

इंस्टॉलेशन की प्रक्रिया के दौरान, गैस चार्जिंग निर्माता द्वारा प्रदान किए गए पैरामीटरों के अनुसार गंभीरता से किया गया था। रेटेड गैस-चार्जिंग दबाव 0.8 MPa, अलार्म दबाव 0.72 MPa, और लॉक-आउट दबाव 0.7 MPa (20°C पर गेज दबाव) निर्धारित किया गया था। SF₆ गैस का अवस्था पैरामीटर वक्र चित्र 2 में दिखाया गया है। चित्र से स्पष्ट है कि, जब टैंक अच्छी तरह से बंद हो और गैस लीक न हो, तो जब तापमान -18°C तक गिरता है, तो टैंक में गैस द्रवीकृत हो जाती है; जब तापमान -21°C तक पहुंचता है, तो अलार्म ट्रिगर होता है; और जब तापमान -22°C तक गिरता है, तो सर्किट ब्रेकर लॉक-आउट हो जाता है। वास्तविक स्थानीय स्थिति चित्र 3 में दिखाई गई है।

स्थानीय वास्तविक स्थिति अवस्था पैरामीटर वक्र से प्राप्त परिणामों के साथ संगत है।

 स्थानीय सामग्री आपूर्ति की स्थिति और उपकरण इंस्टॉलेशन की प्रगति के अनुसार, टैंक-टाइप सर्किट ब्रेकरों ने नवंबर के अंत में इंस्टॉलेशन, वैक्यूम-पंपिंग और गैस-फिलिंग ऑपरेशन पूरा किया। उपकरण हैंडओवर परीक्षण और कमीशनिंग कार्य दिसंबर के पहले दस दिनों में केंद्रित था। इस समय, वातावरण का तापमान -22°C से नीचे गिर गया था, और सभी इंस्टॉल किए गए सर्किट ब्रेकर लॉक-आउट हो गए, जिससे सर्किट ब्रेकर उपकरण हैंडओवर परीक्षण नियमित रूप से किया नहीं जा सका, जिससे पूरे स्टेशन के निर्माण कार्यक्रम के नोड प्रभावित हुए।

समाधान

उपरोक्त वर्णित स्थानीय लॉक-आउट घटनाओं को देखते हुए, निम्नलिखित समाधान प्रस्तावित किए जा रहे हैं:

गैस-फिलिंग मात्रा को कम करना

SF₆ गैस पैरामीटर विशेषता वक्र से स्पष्ट है कि, जब टैंक के अंदर गैस-फिलिंग मात्रा कम होती है, तो गैस द्रवीकरण तापमान गिरता है, और संबंधित लॉक-आउट तापमान भी इसके अनुसार घटता है। उदाहरण के लिए, जब रेटेड गैस-फिलिंग दबाव 0.56 MPa तक समायोजित किया जाता है, तो द्रवीकरण तापमान -28°C और लॉक-आउट तापमान -32°C होता है। इस समय, द्रवीकरण तापमान वातावरण के तापमान से कम होता है, और लॉक-आउट घटना नहीं होती। हालांकि, गैस-फिलिंग मात्रा को कम करने के बाद, सर्किट ब्रेकर की आर्क-मिट्टी और अवरोधी गुणधर्म दोनों गिरते हैं। ऐसी विधियाँ, जिनमें उपकरण की अंतिम स्थिति में परिवर्तन होता है और इसके प्रदर्शन पर प्रभाव पड़ता है, उन्हें लागू करने से पहले डिजाइन इकाई और निर्माता द्वारा गहन रूप से अध्ययन और प्रदर्शन की आवश्यकता होती है।

अगर उपकरण की अंतिम स्थिति में कोई परिवर्तन नहीं किया जाना है, अर्थात् हैंडओवर परीक्षण से पहले गैस-फिलिंग मात्रा को 0.6 MPa तक कम कर दिया जाए और परीक्षण और कमीशनिंग के बाद गैस-फिलिंग मात्रा को रेटेड मूल्य तक पुनः भर दिया जाए। यह विधि संभवतः व्यवहार्य लग सकती है, लेकिन वास्तव में यह नहीं है। पहले, गैस-फिलिंग मात्रा को कम करने के बाद, सर्किट ब्रेकर की अवरोधी गुणधर्म खराब हो जाती है। सटीक प्रदर्शन के बिना, विद्युत विद्यापीड़न परीक्षण के दौरान सर्किट ब्रेकर का ब्रेक टूट सकता है। दूसरा, भले ही परीक्षण सुचारु रूप से पारित हो, परीक्षण के परिणामों का कोई संदर्भ मूल्य नहीं होता। उपकरण हैंडओवर परीक्षण निर्माता की उत्पादन गुणवत्ता और इंस्टॉलर की इंस्टॉलेशन गुणवत्ता की जांच है, और यह उपकरण इंस्टॉलेशन पूरी तरह से पूरा होने के बाद किया जाना चाहिए। और गैस-फिलिंग प्रक्रिया स्पष्ट रूप से उपकरण इंस्टॉलेशन प्रक्रिया का एक चरण है।

मिश्रित गैस का उपयोग

वर्तमान में, देश और विदेश में, द्रवीकरण तापमान को कम करने के लिए SF₆ गैस में अन्य गैसों (जैसे CF₄, CO₂, और N₂) का एक निश्चित अनुपात मिलाने की प्रथा है। हालांकि, मिश्रित गैस की अवरोधी और आर्क-क्वेंचिंग गुणधर्म पूरे SF₆ गैस के स्तर तक नहीं पहुंचती। एक ही गैस-फिलिंग दबाव पर, मिश्रित गैस से भरे सर्किट ब्रेकर की विद्युत धारा की टुकड़ी क्षमता, पूरे SF₆ गैस से भरे सर्किट ब्रेकर की तुलना में लगभग 20% कम होती है। यदि एक ही अवरोधी गुणधर्म प्राप्त किया जाना है, तो मिश्रित गैस का गैस-फिलिंग दबाव पूरे SF₆ गैस से अधिक होना चाहिए।

SF₆/N₂ मिश्रित गैस के उदाहरण से, निम्नलिखित गणना सूत्र का उपयोग किया जा सकता है:

P_m=P_SF6(100/x%)^0.02

सूत्र में, Pm एक ही अवरोधी प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए मिश्रित गैस का गैस-फिलिंग दबाव है, P_SF6  पूरे SF₆ गैस का गैस-फिलिंग दबाव है, और x% मिश्रित गैस में SF₆ गैस की प्रतिशत मात्रा है।उपरोक्त सूत्र से स्पष्ट है कि 20% SF₆ गैस वाले SF₆/N₂ मिश्रित गैस के लिए, आवश्यक गैस-फिलिंग दबाव पूरे SF₆ गैस का लगभग 1.4 गुना होता है। स्थानीय सर्किट ब्रेकर के लिए, गैस-फिलिंग दबाव 1.12 MPa तक पहुंचना चाहिए, जो सर्किट ब्रेकर की पूरी संरचना पर नए आवश्यकताओं को लाता है।

हीटिंग उपकरणों का इंस्टॉलेशन

SF₆ गैस के द्रवीकरण का प्रमुख बाहरी कारक यह है कि वातावरण का तापमान इसके द्रवीकरण तापमान से कम होता है। यदि टैंक के चारों ओर एक ट्रेसिंग हीटर इंस्टॉल किया जाए और टैंक को गर्म करके इसका तापमान बढ़ाया जाए, तो द्रवीकरण समस्या हल हो सकती है।

हंगझोऊ सिमेंस के टैंक-टाइप सर्किट ब्रेकर स्विस ट्राफग घनत्व रिले का उपयोग क